基于反馈控制的恒流型电子负载的实验研究

     要实现一个无静差调节控制，就必须采用比例一积分一微分控制规律。对本控制对象，采用比例一积分(PI) 控制就能满足要求。硬件电路如图2所示。电路主要由倒相器，PI调节器，MOS管和霍尔电流传感器组成。设计时一般从控制对象或执行单元进行。首先需要确定的是执行单元的传递函数，即MOS管的放大系数Ks的确定。

2．1 MOS管的放大系数Ks的确定

    测试电路如图3所示。被测电压源功率足够大，输出电流满足测试要求。调节给定电位器W，测取MOS管G极电压UG和流过MOS管D-S极的电流IO得到一组实验数据记录在表1中，从表中可以看出，当UG≤2．5 V时，MOS管不导通，IO=0，称为死区。在UG>2．5V后，MOS管开始导通，当UG>3．3 V后，其关系呈线性变化。在线性段求取KS。

也就是霍尔电流传感器转换系数的确定。设计中用到的电流传感器为霍尔传感器，输入为电流，输出为电压，经测试确定霍尔系数K=0．8 V／A，即当传感器的输入端电流为l A时，输出端的电压为O．8 V。β=K=0．8 V／A。

2．3 PI调节器静态放大系数Kp的确定

根据负反馈闭环控制原理有：K=βKpKs=1得：Kp=l／βKs△0．875 V／A。根据此值，选取调节器输入、输出电阻值，以满足RF／RI=Kp。

2．4 各电压极性的确定和控制原理简述

    各电压极性一般是由后向前推得，MOS管的控制电压UG为正(+)，也就要求PI调节器的输出为正(+)，又考虑到霍尔电流传感器的输出始终为正(+)，为了构成负反馈控制，则PI调节器的给定电压应为负(一)。所以PI调节器采用负相输入，由前一级的倒相器将由电位器w产生的可调正电压变为可调的负电压，作为恒流设定值加在调节器的输入极，与由霍尔电流传感器提供的电流反馈电压进行比较，根据偏差量和正负极性由PI调节器实现比例一积分调节，以实现电流(IO)恒定。改变积分电容的大小，以满足响应快速性和稳定性要求。

3 实验研究结果

    表2是实验实测数据，从数据规律看，UGD(电位器w)和MOS管漏、源极电流IO成较好的线性关系。且IO／UGD=1／β=1／0．8=1．25。实验中的调节响应的快速性和抗扰性能都能调为最佳。

(1)由于采用了PI调节器，MOS管的死区不必专门设计电路来消除，MOS管的非线性在闭环内自行消除。

(2)根据被测设备的性质(阻性，感性，容性)，总可以通过调节PI参数，以保证其快速性，稳定性和抗扰性要求。

(3)该系统具有很强的可扩展性能。可实现数字给定和调节控制。

(4)对于要求测试电流较大时，可以考虑用多只MOS管的并联组合来扩大负载容量，如图4所示为2只MOS管的并联组合，在此情形下，Ks'=mKs；Kp'=Kp／m，m为所并MOS管的只数。